Книги / Строительные материалы_ Краткий курс_ Н_А_ Машкин, О_А_ Игнатова(1)

	– насыпная	н = m/Vн, масса единицы объема
	рыхло насыпанных зернистых или волокни-
	стых материалов:
	н = 1600 кг/м3 – песок;
	1100–1300 кг/м3 – цемент;
	250–1100 кг/м3 – легкие заполнители
2. Пористость:	П = (1 – m/	) . 100 % – степень заполнения
	объема материала порами;
	П = 0 % – стекло, битум, сталь, полимеры;
	0,2–0,8 % – гранит;
	5–7 % – тяжелый бетон;
	75–85 % – газобетон;
	90–98 % – пенопласты
	Поры бывают открытые и закрытые.
3. Удельная	Площадь поверхности зерен Sуд (см2/г, м2/кг):
поверхность:	Sуд = 300–500 м2/кг – цемент;
	18–40 м2/кг – песок.
	Гидрофизические свойства

1.Гигроско- – свойство материала впитывать водяной пар пичность из влажного воздуха (сорбционная влаж-

ность)

2.Капиллярное – свойство капиллярно-пористого материала всасывание поглощать воду при одностороннем контакте, характеризуется высотой подъема воды

вматериале

3. Водопогло-	– способность материала впитывать и удер-
щение	живать воду при контакте с ней всем объе-
	мом:
	– по массе Wm = (	m/mс) .	100 %;
	– по объему Wv = (	m/Vе .	в) . 100 %
4. Коэффициент	Kразм = Rвл/Rсух;
размягчения:	Kразм 0,8 – водостойкие материалы
5. Водонепро-	– способность материала не пропускать воду
ницаемость	под давлением. Марки по водонепроницае-
	мости: W2, W4, W6, W8, W12 (давление
	воды в атмосферах)

13

6. Газо- и паро-	– способность материалов пропускать через
проницаемость	свою толщу водяной пар или воздух (газы)
	при разности давлений на противоположных
	поверхностях	материала;	характеризуется
	коэффициентом паропроницаемости μ,
	мг/(м·с·Па)
7. Влажностные	– изменение размеров тела при изменении
деформации	влажности материала. ε		= l/l (мм/м,
	мм/мм, %). Различают деформации усадки и
	набухания
8. Морозо-	– способность в насыщенном водой состоянии
стойкость	выдерживать	многократное попеременное
	замораживание и оттаивание без видимых
	признаков разрушения и понижения проч-
	ности, характеризуется количеством циклов:
	F15, F25, F35, F50, ..., F500
	Температура замораживания – 15–20 °С;
	снижение прочности R – до 5 %;
	потеря массы	m – до 5 %

Теплофизические свойства

1. Теплопроводность:

q·d/ Вт/(м·ºС), где q – плотность теплового потока, Вт/м2; d – толщина, м; – температурный перепад. Ед. измерения – Вт/(м·ºС).

–Теплоизоляционные материалы – менее 0,175;

–кирпич керамический – 0,8–0,9;

–бетон тяжелый – 1,3–1,6;

–гранит – 2,9–3,3 Вт/(м·ºС)

Эмпирические формулы для расчета теплопроводности:

– формула Некрасова:

1,16 ( 0,0196 + 0,22		2	0,16);
		m
– для пенопластов:	0,026 + 0,00008 m;

–минераловатных изделий:

λ= 1,16 (0,03 + 0,00007· m)

14

2. Термическое	R = / (м2 °С/Вт), где
сопротивление:	– толщина слоя материала
3. Температурные	– изменения размеров изделия при измене-
деформации	нии его температуры
	lt = l0 (1 +	t t), где t	–	коэффициент
	линейного температурного			расширения
	(°С–1, 1/град):
	t = (10–12) 10–6 – бетон и сталь;
	(8–10) 10–6 – гранит;
	(3–5) 10–6 – древесина;
	(25–120) 10–6 – полимеры
4. Огнестойкость	– способность	материалов	противостоять
	действию огня при пожаре в течение оп-
	ределенного времени без существенного
	снижения прочности и значительных де-
	формаций
5. Пожарная	– основывается	на разделении строитель-
опасность	ных материалов по свойствам, способст-
	вующим возникновению опасных факто-
	ров пожара и его развитию (горючесть,
	воспламеняемость, дымообразующая спо-
	собность, распространение пламени,
	токсичность).
	Негорючие материалы (НГ) – под воздей-
	ствием огня и высокой температуры не
	горят, не воспламеняются и не тлеют (бе-
	тон, кирпич, сталь).
	Горючие (Г) материалы подразделяют на
	четыре группы: Г1 (слабо-горючие); Г2
	(умеренногорючие); Г3 (нормальногорю-
	чие); Г4 (сильно-горючие)

15

6. Огнеупорность – способность материала выдерживать длительные воздействия высоких температур без разрушения и деформаций (без плавления):

–менее 1350 °С – легкоплавкие;

–1350–1580 °С – тугоплавкие;

–1580–2000 °С – огнеупорные;

–более 2000 °С – высшей огнеупорности

Защитные свойства

1. Радиационная		– оценивается толщиной слоя половинного
стойкость		ослабления излучения
2. Кислото-		– свойства материалов, характеризующие
и щелочестой-		способность противостоять	разрушаю-
кость		щему действию кислот и щелочей. Опре-
		деляются по потере массы и прочности
		материала ( %) при обработке растворами
		кислот или щелочей
	1.3. Механические свойства
1. Деформация	– изменение формы и размеров тела под
		действием внешних сил ε =	l/l	(мм/м,
		мм/мм, %)
2. Упругость	– свойство материала восстанавливать после
		снятия нагрузки первоначальные		форму
		и размеры. Такие деформации называют
		обратимыми. Пример – сталь
3. Пластичность	– свойство материала при нагружении в зна-
		чительных пределах изменять форму без
		образования трещин и сохранять эту форму
		после снятия нагрузки. Такие деформации
		называют необратимыми. Пример – битум
4. Хрупкость	– свойство материала мгновенно разрушаться
		под действием внешних сил без предвари-
		тельной деформации. Хрупкими являются
		бетон, керамика, стекло, чугун

16

5. Прочность	– способность		материала сопротивляться раз-
		рушению под действием внутренних напря-
		жений, возникающих в нем под действием
		внешних нагрузок
6. Предел	–	R – критическое напряжение, при котором на-
прочности		ступает разрушение материала (нарушение
		сплошности). Если Рраз в кгс, а S в см2, то R –
		в кгс/см2; 1 кгс/см2 = 0,1 МПа (Н/м2 = Па)
7. Предел	–	Rсж = Рраз/S (МПа) равен частному от деления
прочности		разрушающей силы Рраз на площадь попереч-
при сжатии		ного сечения образца S (куба, цилиндра). За-
		висит от размеров образца, скорости нагру-
		жения и т.д.
		а)	б)
	Рис. 1.1. Характер разрушения образцов при сжатии:
		а – стандартный; б – с устранением сил трения
8. Прочность
на растяжение
			Rр = Р/S (МПа)
		Рис. 1.2. Схемы испытаний на растяжение:
		стержня, восьмерки, призмы

17

9. Прочность	а)	б)
при изгибе

Rизг = 3Pl/(2bh2) Rизг = Pl/(2bh2)

Рис. 1.3. Схемы испытаний на статический изгиб: а – при приложении одной сосредоточенной изгибающей силы (хрупкие материалы – бетон, кирпич, цементный камень);

б – при двух силах (пластичные материалы – древесина, сталь);

l – расстояние между опорами; b и h – ширина и высота

По прочности материалы разделяют на марки и классы. Марка бетона М – это предел прочности при сжатии образцов-кубов с ребром 150 мм, изготовленных из бетонной смеси и твердевших в течение 28 суток в нормальных условиях (t = 20 2°С, Wотн 90 %), кг/см2. Марки прочности для цемента: М400, 500, 550, 600. Разница между классом и маркой состоит в обеспеченности принятой величины. Для марки обеспеченность составляет 0,5 (принимается среднестатистическая величина). Класс прочности на сжатие В является гарантированным (с обеспеченностью 0,95) сопротивлением сжатию, МПа.

10. Коэффициент	К.К.К. = R/ e;
конструктив-	К.К.К. = 17 – бетон тяжелый;
ного качества	51 – сталь Ст3;
	200	– древесина (сосна);
	225	– стеклопластик

18

11. Твердость	– способность	материала		сопротивляться
	проникновению в него другого, более твер-
	дого тела (поверхностная прочность). Для
	природных каменных материалов опреде-
	ляется по относительной шкале твердости
	Мооса.
	Твердость древесины, металлов, бетона
	определяют, вдавливая стальной шарик на
	специальных приборах. НВ = Р/S,					где Р –
	нагрузка, S – площадь отпечатка, Н/мм2
12. Ударная	– способность	сопротивляться				ударным
вязкость	нагрузкам. Оценивается Rуд				по	работе,
	затраченной на разрушение материала,
	отнесенной к единице объема или площади
	образца (динамическая прочность):
	Rуд = A/V Дж/м3 или Rуд = A/S Дж/м2 (для
	фундаментов машин, полов промзданий,
	мостов)
13. Истираемость	– способность материала сопротивляться ис-
	тирающим	воздействиям.		Сопротивление
	истиранию определяют для полов, дорож-
	ных покрытий, лестничных маршей и др.
	Степень истирания		материала		выражают
	потерей массы образца, отнесенной к пло-
	щади истирания: И =		m/S (г/см2, г/м2)

Кроме этого, на производство и применение строительных материалов влияют технологические свойства, которые характеризуют способность материалов подвергаться обработке и переработке (шлифоваться и полироваться, изменять форму, плавиться, уплотняться и т.д.).

Эксплуатационные свойства – прежде всего, долговеч-

ность – свойство сохранять работоспособность изделия и конструкции до предельного состояния с необходимыми перерывами на ремонт. Долговечность измеряют предельным сроком

19

службы без потерь эксплуатационных качеств в конкретных климатических условиях и режимах эксплуатации.

Санитарно-гигиенические требования к материалам

При производстве и эксплуатации строительных материалов могут выделяться вредные вещества. Их допустимое количество оценивается по предельно допустимой концентрации (ПДК) в воздухе рабочей зоны, в жилом помещении – в мг/м3. Например, ПДК в рабочей зоне: фенола – 0,3, формальдегида – 0,5, углекислого газа – 300 мг/м3.

1.4. Неразрушающие методы контроля материалов и изделий

Кроме разрушающих методов определения прочности, с целью контроля качества материалов могут использоваться неразрушающие методы.

Неразрушающие методы испытаний основаны на взаимосвязи прочности с какой-либо другой характеристикой материала, определяемой с помощью физических приборов или ударных инструментов.

Н е р а з р у ш а ю щ и е м е т о д ы

Механические Ультразвуковые Радиационные

Механические методы

1. Огнестрельный метод: а) если объем воронки от револьверной пули 1 см3, то прочность бетона – 30 МПа (1930-е годы); б) позднее для этого использовали строительно-монтажный пистолет, с помощью которого загоняли дюбели длиной 60 мм и диаметром 5,5 мм. В зависимости от глубины проникновения определялась марка бетона.

20

2.Метод процарапывания – по твердости при процарапывании зубилом (штрихи до 1 мм – 10–20 МПа; малозаметные штрихи – более 20 МПа).

3.Метод простукивания – простукивание молотком (бетоны – до 20 МПа), вес молотка 300–400 г. До 10 МПа – звук глухой, остается вмятина с плавными краями; 10–20 МПа – звук чистый, беловатый след; более 20 МПа – звук звонкий, едва заметный след.

4.Метод толчения – кусочки цементно-песчаного раствора из бетонной конструкции разбивают с помощью специального копра до определенной величины зерен.

5.Метод выдергивания металлических стержней – проч-

ность определялась по величине усилия при выдергивании арматурных стержней.

6.По поверхностной твердости. Используется шариковый молоток массой 250 г при локтевом ударе. Подобный принцип использован в молотке Кашкарова.

а)			б)

Рис. 1.4. Неразрушающий механический метод контроля прочности бетона: а – эталонный молоток Кашкарова;

б – градуировочный график для определения прочности бетона; 1 – корпус; 2 – подпружиненный стакан;

3 – эталонный стержень; 4 – шарик

21

7. Принцип упругого отскока. О прочности бетона судят по величине упругого отскока металлического бойка от поверхности бетона (молоток Шмидта).

Ультразвуковая дефектоскопия

1.Теневой метод (контроль пустот и дефектов).

2.Импульсный метод позволяет контролировать прочность. Дефекты – в зависимости от скорости прохождения ультразвука через бетон и характера их поглощения.

а)

4 1

5

3

3

2

б)

Рис. 1.5. Неразрушающий акустический метод определения прочности бетона: а – ультразвуковая дефектоскопия;

б – градуировочный график зависимости «прочность бетона – скорость прохождения ультразвука»; 1 – усилитель со шкалой цифровой индексации; 2 – источник ультразвуковых колебаний; 3 – щупы; 4 – кабели; 5 – толщина прозвучиваемой конструкции

22